Processament Digital del Senyal

• Hores setmanals
• Competències
• Objectius
• Continguts
• Activitats
• Metodologia docent
• Mètode d'avaluació
• Bibliografia
• Capacitats prèvies

Professorat

Responsable

• Antoni Grau Saldes ( )

Hores setmanals

Competències

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

• CT1 - Demostrar coneixement i comprensió de fets essencials, conceptes, principis i teories relatives a la informàtica i a les seves disciplines de referència.
  • CT1.1B - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB5. Coneixement de l'estructura, funcionament i interconnexió dels sistemes informàtics, i dels fonaments de la seva programació.
  • CT1.2A - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB1: capacitat per a resoldre els problemes matemàtics que es plantegin en la enginyeria. Aptitud per a aplicar els coneixements sobre: àlgebra, càlcul diferencial i integral i mètodes numèrics; estadística i optimització.
  • CT1.2B - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB2. Capacitat per a comprendre i dominar els fonaments físics i tecnològics de la informàtica: electromagnetisme, ones, teoria de circuits, electrònica i fotònica i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
  • CT1.2C - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB3. Capacitat per a comprendre i dominar els conceptes bàsics de matemàtica discreta, lògica, algorísmica i complexitat computacional, i la seva aplicació per al tractament automàtic de la informació mitjançant sistemes computacionals i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
• CT2 - Utilitzar d'una manera apropiada teories, procediments i eines en el desenvolupament professional de l'enginyeria informàtica en tots els seus àmbits (especificació, disseny, implementació, desplegament -implantació- i avaluació de productes) de manera que es demostri la comprensió dels compromisos adoptats a les decisions de disseny.
  • CT2.3 - Dissenyar, desenvolupar, seleccionar i avaluar aplicacions, sistemes i serveis informàtics i, al mateix temps, assegurar-ne la fiabilitat, la seguretat i la qualitat en funció de principis ètics i de la legislació i la normativa vigents.
• CT5 - Analitzar, dissenyar, construir i mantenir aplicacions de forma robusta, segura i eficient, triant el paradigma i els llenguatges de programació més adequats.
  • CT5.5 - Usar les eines d'un entorn de desenvolupament de software per a crear i desenvolupar aplicacions.
  • CT5.6 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels principis fonamentals i de les tècniques bàsiques de la programació paral·lela, concurrent, distribuïda i en temps real.
• CT6 - Demostrar coneixement i comprensió del funcionament intern d'un computador i del funcionament de les comunicacions entre ordinadors.
  • CT6.2 - Demostrar coneixement, comprensió i capacitat d'avaluar l'estructura i l'arquitectura dels computadors, i els components bàsics que els componen.
• CT7 - Avaluar i seleccionar plataformes de producció hardware i software per a l'execució d'aplicacions i de serveis informàtics.
  • CT7.2 - Avaluar sistemes hardware/software en funció d'un criteri de qualitat determinat.

Competències Transversals

ús solvent dels recursos d'informació

• G6 [Avaluable] - Gestionar l'adquisició, l'estructuració, l'anàlisi i la visualització de dades i d'informació de l'àmbit de l'enginyeria informàtica, i valorar de forma crítica els resultats d'aquesta gestió.
  • G6.3 - Planificar i utilitzar la informació necessària per a un treball acadèmic (per exemple, per al treball de final de grau) a partir d'una reflexió crítica sobre els recursos d'informació utilitzats. Gestionar la informació de manera competent, independent i autònoma. Avaluar la informació trobada i identificar-ne les llacunes.

Competències Tècniques de cada especialitat

Especialitat enginyeria de computadors

• CEC1 - Dissenyar i construir sistemes digitals, incloent computadors, sistemes basats en microprocessadors i sistemes de comunicacions.
  • CEC1.1 - Dissenyar un sistema basat en microprocessador/microcontrolador.
  • CEC1.2 - Dissenyar/configurar un circuit integrat utilitzant les eines de software adients.
• CEC2 - Analitzar i avaluar arquitectures de computadors incloent plataformes paral·leles i distribuïdes, i desenvolupar i optimitzar software per a aquestes plataformes.
  • CEC2.3 - Desenvolupar i analitzar software per a sistemes basats en microprocessadors i les seves interfícies amb usuaris i altres dispositius.
• CEC3 - Desenvolupar i analitzar hardware i software per a sistemes encastats i/o de molt baix consum.
  • CEC3.1 - Analitzar, avaluar i seleccionar les plataformes hardware i software més adients per al suport d'aplicacions encastades i de temps real.
  • CEC3.2 - Desenvolupar processadors específics i sistemes encastats; desenvolupar i optimitzar el software d'aquests sistemes. 

Objectius

1. Diferenciar els diferents tipus de sistemes, i definir quines són les seves característiques
   Competències relacionades: G6.2, CT1.2B,
2. Comprendre les característiques especifiques d'un processador DSP respecte un processador de propòsit general
   Competències relacionades: CT6.2, CEC3.1, CT1.1B, CT1.2B,
3. Diferenciar els diferents tipus de senyals, i definir quines són les seves característiques
   Competències relacionades: G6.2, CT1.2B,
4. Comprendre el significat i beneficis del processament digital del senyal (PDS), i quines són les àrees d'aplicació més habituals
   Competències relacionades: CEC3.2, CEC3.1, G6.2, CT1.1B, CT1.2B,
5. Comprendre el fonaments del procés de conversió analògic a digital, la interfície necessària en un sistema DSP i les limitacions inherents d'aquest procés.
   Competències relacionades: CEC3.2, CEC1.2, CT6.2, CEC3.1,
6. Especificar, analitzar i determinar els paràmetres bàsic d'una interfície d'entrada o sortida analògica (adquisició i reconstrucció).
   Competències relacionades: CEC1.1, CEC1.2, CEC3.1,
7. Conèixer i aplicar la dualitat del domini temps-freqüència del senyal. Comprendre les relacions existents entre ambdós dominis
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT1.2B,
8. Dominar les diverses alternatives per a la implementació de la transformada de Fourier per senyals discretes
   Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT7.2, CT5.6, CT1.2B,
9. Reconèixer la utilitat de les transformacions discretes en el camp del PDS, i saber aplicar aquestes tècniques
   Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT7.2, CT5.6, CT1.2B,
10. Utilitzar la transformada z per a la representació, anàlisi i disseny de senyals i sistemes discrets
    Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CT1.2B,
11. Definir les aplicacions més habituals de la transformada z en els sistemes de PDS
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.1, CT5.6, CT2.3,
12. Conèixer i saber aplicar la tècnica de la correlació en l'àmbit del PDS
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC3.1, CT1.2B, CT2.3,
13. Conèixer els àmbits d'aplicació dels filtres en els sistemes DSP
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2B,
14. Dissenyar filtres segons els requisits de l'aplicació
    Competències relacionades: CEC1.2, CT6.2, CT5.5, CT1.2B,
15. Saber aplicar els filtres FIR i filtres IIR segons els requisits de l'aplicació
    Competències relacionades: CEC2.3, CT1.2A, CEC1.2, CT1.2B,
16. Conèixer les diferències en l'arquitectura dels DSP de coma flotant i de coma fixa
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC1.1, CT7.2, CEC3.1, CT5.5, CT5.6, CT1.1B, CT1.2B,
17. Analitzar els errors inherents en els sistemes DSP deguts a la quantificació i la resolució finita
    Competències relacionades: CEC2.3, CT7.2, CT6.2, CEC3.1, CT1.1B, CT1.2B,
18. Saber utilitzar els entorns de desenvolupament basats en DSP, pel ràpid desenvolupament de prototips
    Competències relacionades: CT7.2, CEC3.1, CT5.5, CT2.3,
19. Saber utilitzar els paquets de computació numèrica per la simulació, anàlisi i desenvolupament algorismes en l'àmbit del DSP
    Competències relacionades: CT5.5, CT1.2B, CT2.3,
20. Saber aplicar les tècniques del DSP en els sistemes d'àudio
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CEC1.1, CT7.2, CT5.5, CT2.3,
21. Saber aplicar les tècniques del DSP en l'àmbit de l'imatge
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CEC1.1, CT7.2, CT5.5, CT2.3,
22. Saber aplicar les tècniques del DSP en l'àmbit del vídeo
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CT7.2, CT5.5, CT2.3,
23. Aplicar les tècniques de compressió de la informació (JPEG, MPEG, ...)
    Competències relacionades: CEC3.2, G6.3, CT7.2, CEC3.1, CT5.6, CT2.3,
24. Conèixer els components bàsics d'un sistema de processament digital del senyal
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC1.1, CT6.2, CT2.3,
25. Conèixer i saber aplicar la tècnica de la convolució en l'àmbit del PDS
    Competències relacionades: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC3.1, CT1.2B, CT2.3,

Continguts

1. Introducció.
   - Senyals, sistemes i processat del senyal.
   - Aplicacions del PDS
   - Operadors bàsics en el PDS
   - Arquitectura dels microprocessadors DSP
   - Estructura dels sistemes PDS
   
2. Discretització de senyals.
   - Mostreig de senyals. Sinusoide mostrejada.
   - Teorema del mostreig.
   - Espectre dels senyals mostrejats.
   - Relació de freqüències continu-discret.
   - Conversió analògic a digital. Quantificacions.
   - Conversió digital a analògic. Reconstrucció.
   
3. Analisi freqüèncial del senyal. Transformada de Fourier
   - Aplicacions. Equalització, filtrat i compressió d' àudio, imatges i vídeo.
   -Transformada discreta de Fourier (DFT).
   - Algorisme ràpid (FFT).
   - Transformada Inversa de Fourier
4. Transformada Z. Utilització pel processat del senyal
   - Transformada Z.
   - Transformada Inversa Z.
   - Propietats de la transformada Z.
   - Aplicacions de la transformada Z en el PDS
   
5. Correlació i convolució
   
   - Correlació creuada i autocorrelació
   - Fast correlation.
   - Convolució. Circular. Deconvolució. Fast linear convolution.
   - Exemples d'aplicacions.
   
6. Filtres digitals
   - Introducció
   - Funció de transferència.
   - Resposta impulsional.
   - Estabilitat.
   - Resposta freqüencial.
   - Estructures.
   - Criteris i procediment pel disseny de filtres digitals
   - Disseny de filtres de resposta impulsional finita
   - Disseny de filtres de resposta impulsional infinita
   - Exemples
   
7. Processadors pel tractament del senyal
   
   - Arquitectura i tipus
   - Criteris de selecció.
   - Implementació dels algorismes en PDS de propòsit general.
   - PDS de propòsit específic.
   - Sistemes de desenvolupament pel PDS.
   
8. Processat d'àudio
   
   Equalització
   Efectes de so
   Compressió
   Sintetitzador de so i veu
   
9. Processat d'imatges i vídeo
   Formats d'imatges. Compressió
   Efectes d'imatge
   Equalització
   Compressió de vídeo
   

Activitats

Activitat Acte avaluatiu

Metodologia docent

Mètode d'avaluació

Bibliografia

Bàsica:

• Digital signal processing: a practical approach - Ifeachor, E.C.; Jervis, B.W, Addison Wesley, 2002. ISBN: 0201596199
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991002462509706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Digital signal processing - Proakis, J.G.; Manolakis, D.G, Prentice-Hall International, 2007. ISBN: 0131873741
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003270819706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca

Complementaria:

• Digital signal processing and applications with the TMS320C6713 and TMS320C6416 DSK - Chassaing, R, John Wiley & Sons , 2008. ISBN: 9780470138663
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003443239706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• C5515 eZDSP USB stick development tool - Texas Instrument, , .
  http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/tmdx5515ezdsp.html#supportandcommunity

Capacitats prèvies